Saulės baterijaį TKS

Saulės baterija – keli kombinuoti fotoelektriniai keitikliai (fotoelementai) – puslaidininkiniai įtaisai, kurie saulės energiją tiesiogiai paverčia tiesiogine energija elektros srovė, priešingai nei saulės kolektoriai, kurie šildo aušinimo skysčio medžiagą.

Saulės energijos tyrimų objektas yra įvairūs prietaisai, leidžiantys saulės spinduliuotę paversti šilumine ir elektros energija (iš graikų helios Ήλιος, Helios -). Vystosi fotovoltinių elementų ir saulės kolektorių gamyba skirtingomis kryptimis. Yra saulės baterijų įvairių dydžių: nuo įmontuojamų į mikroskaičiuotuvus iki užimančių automobilių ir pastatų stogus.

Istorija

Pirmuosius saulės elementų prototipus sukūrė armėnų kilmės italų fotochemikas Giacomo Luigi Ciamician.

1954 m. balandžio 25 d. Bell Laboratories paskelbė sukūrusi pirmuosius silicio pagrindu pagamintus saulės elementus, gaminančius elektros srovę. Šį atradimą padarė trys įmonės darbuotojai – Calvinas Southeris Fulleris, Darylas Chapinas ir Geraldas Pearsonas. Vos po 4 metų, 1958 m. kovo 17 d., JAV buvo paleistas pirmasis su saulės baterijomis Vanguard 1 Vos po poros mėnesių, 1958 m. gegužės 15 d., SSRS buvo paleistas Sputnik 3. naudojant saulės baterijas.

Naudoti erdvėje

Saulės baterijos yra vienas iš pagrindinių būdų gauti elektros energija ant: jie dirba ilgą laiką nenaudojantys jokių medžiagų, o tuo pačiu yra draugiški aplinkai, skirtingai nei branduoliniai ir.

Tačiau skrendant dideliu atstumu nuo Saulės (už orbitos), jų naudojimas tampa problemiškas, nes saulės energijos srautas yra atvirkščiai proporcingas atstumo nuo Saulės kvadratui. Skrendant į ir, priešingai, saulės baterijų galia žymiai padidėja (Veneros srityje 2 kartus, Merkurijaus srityje 6 kartus).

Fotoelementų ir modulių efektyvumas

Saulės spinduliuotės srauto galia prie įėjimo į atmosferą (AM0) yra apie 1366 vatai vienam kvadratinis metras(taip pat žr. AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D). Tuo pačiu metu specifinė saulės spinduliuotės galia Europoje yra labai didelė debesuotas oras net dienos metu gali būti mažesnė nei 100 W/m². Naudojant įprastas pramoniniu būdu gaminamas saulės baterijas, ši energija gali būti paversta elektros energija, kurios efektyvumas yra 9-24%. Tokiu atveju akumuliatoriaus kaina bus apie 1-3 JAV dolerius už vardinės galios vatą. Gaminant elektros energiją naudojant saulės elementus, kaina už kWh bus 0,25 USD. Europos fotoelektros asociacijos (EPIA) duomenimis, iki 2020 m. saulės energijos sistemų pagamintos elektros kaina sumažės iki mažiau nei 0,10 euro už kWh įrenginių ir mažiau nei 0,15 € už kWh už įrenginius gyvenamuosiuose namuose.

2009 m. Spectrolab ( dukterinė įmonė Boeing) demonstravo saulės elementą, kurio efektyvumas yra 41,6%. 2011 m. sausį buvo tikimasi, kad į rinką pateks šios bendrovės saulės elementai, kurių efektyvumas sieks 39%. 2011 m. Kalifornijos bendrovė „Solar Junction“ pasiekė 43,5% 5,5x5,5 mm saulės elemento efektyvumą, o tai buvo 1,2% didesnis nei ankstesnis rekordas.

2012 metais Morgan Solar sukūrė Sun Simba sistemą iš polimetilmetakrilato (plexiglass), germanio ir galio arsenido, sujungdama koncentratorių su skydeliu, ant kurio sumontuotas saulės elementas. Sistemos efektyvumas skydeliui stovint buvo 26-30% (priklausomai nuo metų laiko ir Saulės išsidėstymo kampo), dvigubai didesnis nei praktinis saulės elementų, kurių pagrindą sudaro kristalinis silicis, efektyvumas.

2013 m. „Sharp“ sukūrė trijų sluoksnių 4x4 mm dydžio saulės elementą ant indžio galio arsenido pagrindo, kurio efektyvumas yra 44,4%, ir grupę specialistų iš Fraunhoferio saulės energijos sistemų instituto, Soitec, CEA-Leti ir Helmholtz centro. Berlynas sukūrė fotoelementą naudodamas Frenelio lęšius, kurių efektyvumas yra 44,7%, pranokdamas jo paties pasiekimą 43,6%. 2014 m. Fraunhoferio saulės energijos sistemų institutas sukūrė saulės elementus, kurie dėl objektyvo, fokusuojančio šviesą į labai mažą fotoelementą, turėjo 46 % efektyvumo.

2014 metais ispanų mokslininkai sukūrė silicio fotovoltinę elementą, galintį konvertuoti infraraudonoji spinduliuotė Saulė.

Daug žadanti kryptis yra fotoelementų, pagrįstų nanoantenomis, kūrimas, kurios veikia tiesiogiai ištaisydami sroves, kurias mažoje antenoje (apie 200-300 nm) sukelia šviesa (t.y. elektromagnetinė spinduliuotė 500 THz dažnių). Nanoantenų gamybai nereikia brangių žaliavų ir jų potencialus efektyvumas siekia iki 85%.

Maksimalios fotoelementų ir modulių efektyvumo vertės,
pasiekti laboratorinėmis sąlygomis

Tipas	Fotoelektrinės konversijos koeficientas, %
Silicis
Si (kristalinis)	24,7
Si (polikristalinis)	20,3
Si (plona plėvelė)	16,6
Si (plonos plėvelės submodulis)	10,4
III-V
GaAs (kristalinis)	25,1
GaAs (plona plėvelė)	24,5
GaAs (polikristalinis)	18,2
InP (kristalinis)	21,9
Plonos chalkogenidų plėvelės
CIGS (fotoelementas)	19,9
CIGS (submodulis)	16,6
CdTe (fotoelementas)	16,5
Amorfinis/nanokristalinis silicis
Si (amorfinis)	9,5
Si (nanokristalinis)	10,1
Fotocheminis
Organinių dažų pagrindu	10,4
Organinių dažų pagrindu (submodulis)	7,9
Ekologiškas
Organinis polimeras	5,15
Daugiasluoksnis
GaInP/GaAs/Ge	32,0
GaInP/GaAs	30,3
GaAs / CIS (plona plėvelė)	25,8
a-Si/mc-Si (plonas submodulis)	11,7

Fotoelementų efektyvumą įtakojantys veiksniai

Dėl fotoelementų struktūrinių ypatybių, didėjant temperatūrai, mažėja plokščių našumas.

Iš fotovoltinės plokštės eksploatacinių charakteristikų aišku, kad norint pasiekti didžiausią efektyvumą, reikia teisingai parinkti apkrovos atsparumą. Norėdami tai padaryti, fotovoltinės plokštės nėra tiesiogiai prijungiamos prie apkrovos, o naudojamas fotovoltinės sistemos valdymo valdiklis, kuris suteikia optimalus režimas skydelio veikimas.

Gamyba

Labai dažnai pavieniai fotoelementai nesukuria pakankamai energijos. Todėl tam tikras skaičius fotoelementų sujungiamas į vadinamuosius fotovoltinius saulės modulius ir tarp stiklo plokščių montuojama armatūra. Šis surinkimas gali būti visiškai automatizuotas.



• Fantastiškos elektrinės

Ne paslaptis, kad nuolat kovodama dėl našesnės, ekologiškesnės ir pigesnės energijos, žmonija vis dažniau griebiasi alternatyvių brangios energijos šaltinių. Daugelyje šalių gana daug gyventojų nustatė, kad reikia naudoti elektros energiją savo namams aprūpinti.

Kai kurie iš jų padarė tokią išvadą dėl sudėtingų skaičiavimų, siekiant sutaupyti materialinių išteklių, o kai kuriuos žengti tokį atsakingą žingsnį privertė aplinkybės, kurių vieną sunku pasiekti. geografinė padėtis, todėl trūksta patikimų ryšių. Tačiau saulės baterijų reikia ne tik tokiose sunkiai pasiekiamose vietose. Yra daug tolimesnės ribos nei žemės pakraštys – tai erdvė. Saulės baterija kosmose yra vienintelis šaltinis, gaminantis reikiamą elektros energijos kiekį.

Kosmoso saulės energijos pagrindai

Idėja panaudoti saulės baterijas kosmose pirmą kartą kilo daugiau nei prieš pusę amžiaus, per pirmuosius dirbtinių Žemės palydovų paleidimus. Tuo metu SSRS fizikos, ypač elektros, profesorius ir specialistas Nikolajus Stepanovičius Lidorenko pagrindė būtinybę naudoti begaliniai šaltiniai energija erdvėlaivyje. Tokia energija galėtų būti tik saulės energija, kuri buvo gaminama naudojant saulės modulius.

Šiuo metu visos kosminės stotys veikia tik saulės energija.

Pati erdvė yra puikus pagalbininkas šiuo klausimu, nes saulės spinduliai, labai reikalingos fotosintezės procesui , kosmose yra gausu ir nėra trukdoma jų vartojimui.

Saulės kolektorių naudojimo žemoje orbitoje trūkumas gali būti spinduliuotės poveikis medžiagai, naudojamai fotografinei plokštelei gaminti. Dėl to neigiamą įtaką keičiasi saulės elementų struktūra, dėl to mažėja elektros gamyba.

Fantastiškos elektrinės

IN mokslines laboratorijas Visa žemė šiuo metu susiduria su panašia užduotimi – laisvos elektros iš saulės paieška. Tik ne individualaus namo ar miesto, o visos planetos mastu. Šio darbo esmė – sukurti didžiulio dydžio saulės modulius ir atitinkamai gaminančius energiją.

Tokių modulių plotas yra didžiulis ir jų padėjimas ant žemės paviršiaus sukels daug sunkumų, tokių kaip:

• dideli ir laisvi plotai šviesos imtuvams įrengti,
• oro sąlygų įtaka modulių efektyvumui,
• saulės kolektorių priežiūros ir valymo išlaidos.

Visi šie neigiami aspektai neleidžia įrengti tokios monumentalios konstrukcijos ant žemės. Bet yra išeitis. Jį sudaro milžiniškų saulės modulių įrengimas žemos Žemės orbitoje. Įgyvendinus tokią idėją, žmonija gaus saulės energijos šaltinį, kuris visada bus veikiamas saulės spindulių, niekada nereikės sniego valyti, o svarbiausia neužims naudingos vietos ant žemės.

Žinoma, kas pirmas kosmose, ateityje diktuos savo sąlygas pasauliniame energetikos sektoriuje. Ne paslaptis, kad naudingųjų iškasenų atsargos mūsų žemėje ne tik nėra begalinės, bet priešingai – kiekviena diena primena, kad žmonijai greitai teks pereiti prie alternatyvių energijos šaltinių. priverstinai. Būtent todėl kosminių saulės modulių kūrimas Žemės orbitoje yra energetikos inžinierių ir ateities elektrines projektuojančių specialistų prioritetinių užduočių sąraše.

Taip pat skaitykite:

Saulės modulių išdėstymo žemės orbitoje problemos

Sunkumai kuriant tokias elektrines kyla ne tik montuojant, tiekiant ir diegiant saulės modulius žemos Žemės orbitoje. Didžiausias problemas sukelia saulės modulių generuojamos elektros srovės perdavimas vartotojui, tai yra į žemę. Žinoma, jūs negalite ištempti laidų ir negalite transportuoti jų konteineryje. Yra beveik nerealių technologijų, leidžiančių perduoti energiją per atstumą be apčiuopiamų medžiagų. Tačiau tokios technologijos mokslo pasaulyje sukelia daug prieštaringų hipotezių.

Pirmiausia, tokia stipri spinduliuotė neigiamai paveiks plačią signalų priėmimo sritį, tai yra, bus apšvitinta nemaža mūsų planetos dalis. O jei laikui bėgant tokių kosminių stočių bus daug? Tai gali sukelti viso planetos paviršiaus apšvitinimą, o tai gali sukelti nenuspėjamų pasekmių.

Antra neigiamas taškas gali būti dalinis viršutinių atmosferos sluoksnių ir ozono sluoksnio sunaikinimas, tose vietose, kur energija perduodama iš elektrinės į imtuvą. Net vaikas gali įsivaizduoti tokio pobūdžio pasekmes.

Be visko, yra daug kitokio pobūdžio niuansų, kurie padidina neigiamus aspektus ir atitolina tokių įrenginių paleidimą. Tokių avarinių situacijų gali būti daug: nuo plokščių taisymo sunkumų netikėtai sugedus ar susidūrus su kosminiu kūnu, iki banalios problemos, kaip tokias išmesti. neįprastas pastatas, pasibaigus jo tarnavimo laikui.

Nepaisant visų neigiamų aspektų, žmonija, kaip sakoma, neturi kur eiti. Saulės energija šiandien yra vienintelis energijos šaltinis, kuris teoriškai gali patenkinti augančius žmonių elektros energijos poreikius. Nė vienas iš šiuo metu žemėje esančių energijos šaltinių negali palyginti savo ateities perspektyvų su šiuo unikaliu reiškiniu.

Apytikslis įgyvendinimo laikas

Tai jau seniai nebėra teorinis klausimas. Pirmasis elektrinės paleidimas į Žemės orbitą jau numatytas 2040 m.Žinoma, tai tik bandomasis modelis ir toli gražu ne globalios struktūros, kurias planuojama statyti ateityje. Tokio paleidimo esmė – praktiškai pamatyti, kaip tokia elektrinė veiks eksploatacinėmis sąlygomis. Šalis, kuri ėmėsi tokios sunkios misijos, yra Japonija. Numatomas baterijų plotas teoriškai turėtų būti apie keturis kvadratinius kilometrus.

Jei eksperimentai parodys, kad toks reiškinys kaip saulės elektrinė gali egzistuoti, tai pagrindinė saulės energijos srovė turės aiškų kelią tokių išradimų plėtrai. Jeigu ekonominiu aspektu, negalės viso to sustabdyti pradiniame etape. Faktas yra tas, kad, remiantis teoriniais skaičiavimais, norint į orbitą paleisti visavertę saulės elektrinę, reikia daugiau nei dviejų šimtų krovininių raketų. Jūsų žiniai, vieno sunkiasvorio sunkvežimio paleidimo kaina, remiantis esama statistika, yra maždaug 0,5–1 milijardas dolerių. Aritmetika paprasta, o rezultatai nėra džiuginantys.

Gaunamas kiekis didžiulis, ir jis bus skirtas tik išardytų elementų pristatymui į orbitą, tačiau vis tiek reikia surinkti visą konstrukcinį komplektą.

Apibendrinant visa tai, kas pasakyta, galima pastebėti, kad kosminės saulės elektrinės sukūrimas yra laiko klausimas, tačiau tokią struktūrą gali pastatyti tik supervalstybės, kurios sugebės prisiimti visą ekonominę naštą nuo jos įgyvendinimo. proceso.

Tai fotovoltiniai keitikliai – puslaidininkiniai įtaisai, paverčiantys saulės energiją į nuolatinę elektros srovę. Paprasčiau tariant, tai yra pagrindiniai įrenginio, kurį vadiname „saulės baterijomis“, elementai. Tokių baterijų pagalba kosminėse orbitose veikia dirbtiniai Žemės palydovai. Tokios baterijos gaminamos čia, Krasnodare – Saturno gamykloje. Gamyklos vadovybė pakvietė šio tinklaraščio autorę pasižiūrėti gamybos procesas ir papasakokite apie tai savo dienoraštyje.

1. Įmonė Krasnodare priklauso Federalinei kosmoso agentūrai, tačiau Saturnas priklauso Ochakovo kompanijai, kuri 90-aisiais tiesiogine prasme išsaugojo šią produkciją. Ochakovo savininkai nusipirko kontrolinį akcijų paketą, kuris beveik atiteko amerikiečiams. Ochakovas čia investavo daug pinigų, nusipirko moderni įranga, pavyko išlaikyti specialistus ir dabar Saturnas yra vienas iš dviejų lyderių Rusijos rinkoje saulės ir įkraunamų baterijų, skirtų kosmoso pramonės poreikiams – civilinei ir karinei, gamybos. Visas pelnas, kurį gauna Saturnas, lieka čia, Krasnodare ir skiriamas gamybos bazės plėtrai.

2. Taigi, viskas prasideda čia – nuo ​​vadinamosios svetainės. dujų fazės epitaksija. Šioje patalpoje yra dujinis reaktorius, kuriame ant germanio substrato tris valandas auginamas kristalinis sluoksnis, kuris bus pagrindas būsimam saulės elementui. Tokio įrengimo kaina – apie tris milijonus eurų.

3. Po to substratas dar turi praeiti tolimos kelionės: elektriniai kontaktai bus pritaikyti abiejose fotoelemento pusėse (be to, darbinėje pusėje kontaktas turės „šukos raštą“, kurio matmenys yra kruopščiai apskaičiuoti, kad būtų užtikrintas maksimalus perdavimas saulės šviesa), ant pagrindo atsiras antirefleksinė danga ir pan. - iš viso daugiau nei dvi dešimtys technologinių operacijų įvairiuose įrenginiuose, kol fotoelementas tampa saulės baterijos pagrindu.

4. Štai, pavyzdžiui, fotolitografijos instaliacija. Čia ant fotoelementų susidaro elektrinių kontaktų „schemos“. Mašina visas operacijas atlieka automatiškai, pagal nurodytą programą. Čia tinkama šviesa, kuri nekenkia šviesai jautriam fotoelemento sluoksniui – kaip ir anksčiau, analoginės fotografijos epochoje naudojome „raudonąsias“ lempas.

5. Purškimo įrenginio vakuume, naudojant elektronų pluoštą, nusodinami elektriniai kontaktai ir dielektrikai, taip pat dedamos antirefleksinės dangos (jos padidina fotoelemento generuojamą srovę 30%).

6. Na, fotoelementas paruoštas ir galite pradėti montuoti saulės bateriją. Prie fotoelemento paviršiaus prilituojamos šynos, kad vėliau būtų sujungtos viena su kita, ant jų klijuojamas apsauginis stiklas, be kurio erdvėje, radiacijos sąlygomis fotoelementas gali neatlaikyti apkrovų. Ir, nors stiklo storis tik 0,12 mm, baterija su tokiais fotoelementais orbitoje veiks ilgai (aukštose orbitose daugiau nei penkiolika metų).

7. Fotoelementų elektrinis sujungimas vienas su kitu atliekamas sidabriniais kontaktais (jie vadinami strypais), kurių storis tik 0,02 mm.

8. Norint gauti reikiamą saulės baterijos generuojamą tinklo įtampą, fotoelementai jungiami nuosekliai. Taip atrodo nuosekliai sujungtų fotoelementų (fotoelektrinių keitiklių – teisingai) sekcija.

9. Galiausiai surenkama saulės baterija. Čia rodoma tik dalis baterijos – skydelis maketo formatu. Palydovėje gali būti iki aštuonių tokių plokščių, priklausomai nuo to, kiek energijos reikia. Šiuolaikiniuose ryšių palydovuose jis siekia 10 kW. Tokios plokštės bus montuojamos ant palydovo, erdvėje atsivers kaip sparnai ir jų pagalba žiūrėsime palydovinę televiziją, naudosimės palydoviniu internetu, navigacijos sistemomis (GLONASS palydovai naudoja Krasnodaro saulės baterijas).

10. Kai erdvėlaivis apšviečiamas Saulės, saulės baterijos generuojama elektros energija maitina erdvėlaivio sistemas, o energijos perteklius kaupiamas baterijoje. Kai erdvėlaivis yra Žemės šešėlyje, prietaisas naudoja akumuliatoriuje sukauptą elektros energiją. Didelės energijos talpos (60 W h/kg) ir beveik neišsenkančių išteklių nikelio-vandenilio baterija plačiai naudojama erdvėlaiviuose. Tokių baterijų gamyba – dar viena Saturno gamyklos darbo dalis. Šioje nuotraukoje nikelio-vandenilio akumuliatorių surinko Anatolijus Dmitrijevičius Paninas, ordino „Už nuopelnus Tėvynei“ II laipsnio medalio savininkas.

11. Nikelio-vandenilio akumuliatorių surinkimo vieta. Baterijos turinys paruoštas įdėti į korpusą. Užpildas yra teigiami ir neigiami elektrodai, atskirti separatoriaus popieriumi - būtent juose vyksta energijos transformacija ir kaupimasis.

12. Instaliacija suvirinimui elektronų pluoštu vakuume, iš kurio gaminamas akumuliatoriaus korpusas iš plono metalo.

13. Dirbtuvių skyrius, kuriame tikrinami baterijų korpusai ir dalys dėl smūgio aukštas kraujospūdis. Kadangi akumuliatoriuje kaupiasi energija, susidaro vandenilis, o akumuliatoriaus viduje didėja slėgis, sandarumo tikrinimas yra neatsiejama akumuliatoriaus gamybos proceso dalis.

14. Nikelio-vandenilio akumuliatoriaus korpusas yra labai svarbi detalė viso kosmose veikiančio įrenginio. Korpusas skirtas 60 kg s/cm 2 slėgiui bandymo metu, plyšimas įvyko esant 148 kg s/cm 2 slėgiui.

15. Akumuliatoriai, kurių stiprumas patikrintas, įkraunami elektrolitu ir vandeniliu, po to yra paruošti naudojimui.

16. Nikelio-vandenilio akumuliatoriaus korpusas pagamintas iš specialaus metalo lydinio ir turi būti mechaniškai tvirtas, lengvas ir turėti aukštą šilumos laidumą. Baterijos yra įdėtos į elementus ir nesiliečia viena su kita.

17. Įkraunamos baterijos ir iš jų surinktos baterijos yra tikrinamos mūsų pačių gaminamuose įrenginiuose. Kosmose nebebus įmanoma nieko pataisyti ar pakeisti, todėl kiekvienas gaminys čia yra kruopščiai išbandomas.

18. Visoms kosmoso technologijoms atliekami mechaniniai bandymai, naudojant vibracinius stovus, kurie imituoja apkrovas paleidžiant erdvėlaivį į orbitą.

19. Apskritai Saturno augalas paliko patį palankiausią įspūdį. Gamyba gerai organizuota, dirbtuvės švarios ir šviesios, dirbantys žmonės kvalifikuoti, bendrauti su tokiais specialistais yra malonu ir labai įdomu žmogui, kuris bent kiek domisi mūsų erdve. Paliko Saturną puikios nuotaikos– Visada malonu čia žiūrėti į vietą, kur jie neužsiima tuščiu plepu ir nelaidoja popierių, o dirba tikrus, rimtus darbus, sėkmingai konkuruoja su panašiais kitų šalių gamintojais. Tokių Rusijoje būtų daugiau.

Kur patalpinsime CSP? Greičiausiai GSO. Kitose orbitose jums reikia įrengti imtuvus visoje planetoje arba nešiotis su savimi krūvą baterijų.

Kol kas nefantazuokime, o pažiūrėkime į turimas galimybes.

Nenešėja „Angara“ iš Plesecko kosmodromo į geostacionarią orbitą nugabens 3-4 tonas. Ką galite į juos įdėti? Labai maždaug 100 kvadratų saulės baterijų. Nuolat kreipiant dėmesį į Saulę ir 20 procentų efektyvumą, galite išspausti 300 W vienam kvadratui. Tarkime, kad jie suyra 5% per metus (tikiuosi, nieko nenustebins, kad saulės baterijos kosmose genda nuo radiacijos, mikrometeoritų ir pan.).
Suskaičiuokime: (100*300*24*365*20)/2=2 628 000 000 Wh.
Norėdami suprasti visą problemos mastą, leiskite šiems megavatams pasiekti Žemę be nuostolių. Jėga įspūdinga, bet kas, jei niekur neskrendame. Yra 300 tonų žibalo. Žibalas yra beveik benzinas. Jis daro dar vieną prielaidą ir paima įprastą dujų generatorių (200 kW už 50 litrų per valandą).
200000*300000/50=1 200 000 000 Wh
Kas atsitiks: išpilame benziną iš raketos ir jau gauname pusę galios.
Kitą pusę raketos užima skystasis deguonis. Norėjau paskaičiuoti aušinimą ir suskystinimą per šiluminę talpą, bet tada ką tik internete aptikau 8200 rublių kainą už toną skysto deguonies. Kadangi savikaina praktiškai vien elektra (tegul kilovatas būna 2 rubliai):
300*8200*1000/2 = 1 230 000 000 Wh
Oi, antra pusė. Jau 0% efektyvumas. Raketos dar neskaičiavome.

Bet mes išrasime į orbitą kažkokį naudingo krovinio paleidimo įrenginį

Tai yra, mes kažkaip perduosime kinetinę energiją plokštėms 10 km/s greičiu:
3000*10000 2 /2 = 150000000000 J = 41 700 000 Wh
Atrodo, kad efektyvumas yra 5000%, tačiau yra keletas problemų:
- vargu ar pavyks objektą išmesti pakankamai aukštai, todėl dalį masės ir energijos reikia skirti atmosferos įveikimui;
- viskas, kas išmesta iš Žemės pagal balistikos dėsnius, grįš į Žemę, tai yra, kita masės dalis atiteks perigėjo pakilimui.
Tegul tona pereina prie šiluminės apsaugos. Apskaičiuokime orbitos pokytį:
ΔV=šaknis((3.986ּ10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000)))=3441 m/s
Geriausi varikliai duoda 4500 impulsą. Imame Ciolkovskio formulę:
M galutinis =2000/eksploatacija(4500/3500)=572 kg
Paimkime elektrinius raketinius variklius, impulsas yra 10 kartų didesnis ir turime skydelius. Taip, bet esant esamai plokščių galiai, trauka bus milžine, o perėjimas užtruks kelerius metus. O iki nusileidimo liko tik pora valandų.
Dėl to: atėmus variklį, bakus, perkrovas - gerai, jei gausime tiek pat.

Pakelkime plokštes ant lifto

Apskritai idėja nėra bloga. Jei tiesiog pakelsite apkrovą į aukštį, apskaičiuojame potencialios energijos pokytį:
3000*9,81*36000000/3600 = 294 300 000 Wh
Kaip juos perduoti kroviniui? Elektros perdavimo galimybės:
– Prie paties lifto. Nesunku įsivaizduoti 36 000 km ilgio laidininko nuostolius ir masę. Norėčiau pats pasistatyti liftą.
- Lazeriu – atėmus didelę transformavimui skirtos masės dalį.
- Tradiciniu būdu pristatykite tam tikrą skaičių plokščių, o likusias pakelkite ant virvės nemokamai. Megavatui galios reikia 3 km 2 plokščių. Tokiu atveju kroviniui pakelti prireiks dviejų savaičių. Tie. Tiek pat megavatų kelsime po metų.

Kiti sunkumai

Laisvai naudodami kilometrus plokščių ir saulės energijos priėmimo kosmose efektyvumą, retas autorius pasakoja, kaip plokštes ketina orientuoti į Saulę. GSO yra nejudantis tik Žemės atžvilgiu. Atitinkamai mums reikia mechanizmų ir kuro.
Žemėje mums taip pat reikia keitiklių, globėjų ir imtuvų. Ar daug vartotojų prie pusiaujo? Aukštos įtampos linijos per pusę rutulio. Visa tai padauginus iš ne 100% tikimybės atlikti užduotį, kyla klausimas, kas tai gali padaryti?

Išvados:

– Esant technologijoms, statyti kosminę saulės elektrinę yra nuostolinga.
- Net jei viską pakelsite kosminiu liftu, kol bus baigtos statybos, iškils klausimas, kaip išmesti sugedusias plokštes.
- Galite atnešti asteroidą į Žemę ir padaryti iš jo plokštes. Kažkas man sako, kad kol galėsime tai padaryti, nebereikės perduoti energijos į Žemę.

Tačiau nėra dūmų be ugnies. Ir pagal iš pažiūros taikius ketinimus gali būti visiškai kitokių ketinimų.
Pavyzdžiui, kariuomenės statyba kosminė stotis daug paprastesnis ir daug efektyvesnis:
- orbitą galima ir reikia pasirinkti žemesnę;
- 100% pataikyti į imtuvą nebūtina;
- labai trumpas laikas nuo starto mygtuko paspaudimo iki pataikymo į taikinį;
- nėra teritorijos taršos.

Tokios išvados. Skaičiavimuose gali būti klaidų. Kaip įprasta, kviečiu skaitytojus juos pataisyti.

Elektra yra labai svarbus ir reikalingas mūsų laikų išteklius. Gamybos šaltiniai yra įvairūs, o taikymo sritis yra plati. Tačiau yra elektros naudojimo sritis, kuri yra daug toliau nei Žemės pakraštys - tai yra erdvė. Elektros energijos šaltinis kosmose yra saulės baterija.

Idėja panaudoti saulės energiją už žemės atsirado daugiau nei prieš pusę amžiaus, per pirmuosius dirbtinių žemės palydovų paleidimus. Tuo laikotarpiu profesorius Nikolajus Stepanovičius Lidorenko pagrindė poreikį ir galimybę erdvėlaiviuose panaudoti begalę energijos šaltinių.

Šis tipas energijos gaunama naudojant saulės modulius. Pati kosmosas šiuo klausimu yra puikus pagalbininkas, nes saulės spindulių, taip reikalingų saulės modulių fotosintezės procesui, kosmose yra gausu, o jų suvartojimas netrukdo.

Saulės kolektorių naudojimo žemos Žemės orbitoje trūkumas gali būti spinduliuotės poveikis medžiagai, naudojamai fotografinėms plokštėms gaminti. Dėl šios neigiamos įtakos keičiasi saulės elementų struktūra, todėl mažėja elektros gamyba.

Viso pasaulio mokslinėse laboratorijose šiuo metu vykdoma panaši užduotis – tobulinama ir supaprastinama elektros gamyba iš saulės, skirta ne tik naudoti kosmose, bet ir perduoti ją į žemę. Tik ne individualaus namo ar miesto, o visos planetos mastu.

Šio darbo esmė – suprasti elektros energijos gamybos iš saulės principus ir daryti prielaidas dėl jų tobulinimo. Išstudijuokite galimybę naudoti saulės baterijas erdvėje, apsvarstykite šiuolaikiniai pasiekimai mokslines mokyklas šia problema, surinkti saulės bateriją namuose ir atlikti su ja eksperimentus.

Saulės bateriją galima pasigaminti namuose naudojant fotodiodus.

Naudodami saulės bateriją galite surinkti paprasčiausias grandines, įjungti LED, elektroninį laikrodį.

Pramoninės saulės baterijos naudojimas norint sukurti „Lunokhod 1“ modelį

Nepaisant to, kad saulės baterijos daugelį metų buvo vienas iš energijos šaltinių žemėje ir vienintelis energijos šaltinis kosmose, vis dar lieka nemažai neišspręstų problemų. Aktualus panaudotų saulės baterijų perdirbimas, orbitinės saulės elektrinės sukūrimas, elektros perdavimo iš kosmoso į žemę būdai.

Mano nuomone, daug žadančios medžiagos saulės elementams kurti yra organiniai junginiai– dažikliai.

Uralsky darbuotojai Federalinis universitetas pavadintas pirmojo Rusijos prezidento B. N. Jelcino vardu, kuria ir sintetina saulės baterijų organinius dažus. Buvo paskelbta nemažai darbų, rodančių šių tyrimų pažadą. Ištyrusi keletą dažų, vizualiai nustatiau ryškiausią švytintį. (Skysčiai dienos šviesoje ir apšviesti mėlynu LED).

Dažų naudojimas tam tikru mastu išsprendžia perdirbimo ir jų pristatymo į kosmosą ir vėlesnio naudojimo problemas, tačiau šios teorijos trūkumas yra tas, kad šios medžiagos yra veikiamos agresyvioje erdvėje ir turi mažą efektyvumą, palyginti su silicio saulės baterijomis.

Fizika yra eksperimentinis mokslas, todėl šis projektas, nesunku pastebėti, kad norint pagerinti saulės energijos pavertimą elektros energija, būtina nuodugniau ištirti dažus.